Genetisch veränderte menschliche Zellen haben eine bemerkenswerte Leistung vollbracht, indem sie mehrere Organe alternder Primaten regenerierten, als ob die Zeit für ihre Gewebe teilweise rückgängig gemacht worden wäre. Dieser experimentelle Durchbruch, obwohl vorläufig, zeichnet eine Zukunft, in der der Kampf gegen pathologisches Altern auf unseren eigenen, verstärkten biologischen Mechanismen aufbauen könnte.
Diese Studie, durchgeführt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, markiert einen bedeutenden Meilenstein, indem sie zum ersten Mal eine multi-organe Verjüngung bei einem nicht-menschlichen Primaten demonstriert. Die Forscher verabreichten alten Makaken eine besondere Art menschlicher Stammzellen, die entwickelt wurden, um der zellulären Alterung zu widerstehen. Die nach mehrwöchiger Behandlung beobachteten Ergebnisse gehen über den Rahmen einer einfachen, isolierten Verbesserung hinaus.
Der zelluläre Mechanismus der Verjüngung
Der Ansatz beruht auf der Optimierung eines Schlüsselgens, FOXO3, das für seine Beteiligung an der Langlebigkeit bekannt ist. Die Wissenschaftler führten spezifische Mutationen in diesem Gen in menschlichen Stammzellen ein, eine Modifikation, die darauf abzielt, ihre natürliche Widerstandsfähigkeit gegen Stress und Seneszenz, diesen Zustand, in dem alternde Zellen die Teilung einstellen und für ihre Umgebung schädlich werden, erheblich zu verstärken.
Diese verstärkten Zellen wurden nach ihrer Vorbereitung alten Makaken im Alter von 19 bis 23 Jahren (was 60 bis 80 Jahren beim Menschen entspricht) über wiederholte Infusionen über einen langen Zeitraum intravenös verabreicht. Die Behandlung erfolgte nach einem präzisen Zeitplan über 44 Wochen, der Bedingungen nahe einem potenziellen zukünftigen humanen Therapieprotokoll nachbildete. Diese verlängerte Dauer ermöglichte es, die kumulativen Effekte der Zelltherapie auf den gesamten Organismus der Primaten zu beobachten. Während dieses Zeitraums wurden von den Forschern keine schwerwiegenden unerwünschten Wirkungen, wie eine Immunabstoßung oder Tumorbildung, gemeldet.
Die Analyse der Gewebe ergab anschließend, dass die Behandlung das Vorhandensein der berüchtigten "Zombie-Zellen", die sich nicht teilen können, signifikant reduziert und die Marker chronischer Entzündungen verringert hatte. Diese beiden grundlegenden Merkmale des Alterns zeigten eine bemerkenswerte Verbesserung, während die Genomstabilität bei den behandelten Tieren im Vergleich zur Kontrollgruppe besser erhalten zu sein schien.
Die beobachteten Auswirkungen auf Organe und Funktionen
Die auffälligsten Verbesserungen betrafen das Nervensystem, wo die Forscher bei Gedächtnistests, die die Erkennungsfähigkeit bewerteten, deutliche Fortschritte feststellten. Die behandelten Makaken zeigten eine erhöhte Fähigkeit, Objekte zu memorieren und wiederzuerkennen, was auf eine greifbare Verbesserung ihrer kognitiven Funktionen hindeutet, die sich denen junger Individuen annäherten.
Bildgebende Untersuchungen bestätigten eine deutliche Verlangsamung der Hirnatrophie und eine ermutigende Wiederherstellung der neuronalen Verbindungen. Die Gehirnstruktur der behandelten alten Tiere wies tatsächlich Merkmale auf, die denen bei jungen Individuen beobachteten ähnelten, mit erhaltener neuronaler Komplexität und verbesserter synaptischer Dichte in mehreren Schlüsselregionen des Gehirns.
Auch das Skelettsystem profitierte von dem Eingriff, mit einer messbaren Knochenremineralisierung, die den altersbedingten Knochenverlust umzukehren scheint. Der Zustand der Zähne der behandelten Tiere verbesserte sich ebenfalls und näherte sich dem junger Individuen an. Die eingehende Analyse von etwa sechzig Gewebearten ergab schließlich eine umfassende Verjüngung: Mehr als die Hälfte der untersuchten Gewebe, darunter der Hippocampus, der Dickdarm und die Fortpflanzungsgewebe, wiesen jüngere genetische Signaturen auf. Biologische Uhren, die auf künstlicher Intelligenz basieren, schätzten eine Verjüngung von sechs bis sieben Jahren für bestimmte Zelltypen.
Um mehr zu erfahren: Was ist zelluläre Seneszenz?
Seneszenz ist ein besonderer Zustand, in dem eine alternde Zelle ihren Teilungszyklus endgültig einstellt, ohne jedoch sofort abzusterben. Diese seneszenten Zellen sammeln sich im Laufe der Zeit allmählich in unseren Geweben an, wie ein Rückstand der biologischen Abnutzung. Ihre Präsenz wird mit fortschreitendem Alter immer bedeutender und trägt zum funktionellen Abbau der Organe bei.
Weit davon entfernt, still zu sein, werden diese Zellen aktiv und setzen einen Cocktail von pro-inflammatorischen Molekülen frei, die ihre Umgebung stören. Diese Sekretion, genannt seneszenz-assoziiertes sekretorisches Phänotyp, beeinträchtigt die Funktion benachbarter gesunder Zellen und verschlechtert die Architektur der Gewebe. Sie schafft ein Mikroumfeld, das der Regeneration und der Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase abträglich ist.
Die Seneszenz wird heute als einer der grundlegenden Treiber des Alterns und des Auftretens vieler damit verbundener Pathologien angesehen. Deshalb sind Strategien, die darauf abzielen, diese Zellen gezielt zu eliminieren oder ihre schädlichen Auswirkungen zu neutralisieren, ein äußerst vielversprechender Forschungsansatz, um die Gesundheit zu erhalten und möglicherweise das Auftreten altersbedingter Krankheiten zu verzögern.
Welche Rolle spielt das Gen FOXO3 bei der Langlebigkeit?
FOXO3 ist ein Gen, das als "Langlebigkeitsgen" gilt, dessen spezifische Varianten statistisch häufiger bei Hundertjährigen auf der ganzen Welt vorkommen. Es kodiert für ein Protein, das als Transkriptionsfaktor wirkt, sich an die DNA bindet und die Expression vieler anderer Gene reguliert. Seine Aktivität ist wichtig für das Überleben und die Integrität der Zellen gegenüber Aggressionen.
Dieses Protein orchestriert die Reaktion auf zellulären Stress, indem es die antioxidativen Abwehrkräfte aktiviert und die Autophagie, den Prozess des Recyclings defekter zellulärer Komponenten, fördert. Es ermöglicht der Zelle so, oxidativen Schäden besser zu widerstehen und eine gesunde intrazelluläre Umgebung aufrechtzuerhalten, indem es die dysfunktionalen Elemente beseitigt, die sich im Laufe der Zeit ansammeln.
Es spielt auch eine Rolle als Wächter des Genoms, indem es die Reparatur beschädigter DNA erleichtert und den zellulären Metabolismus reguliert. Durch die künstliche Verstärkung der Aktivität von FOXO3 hoffen die Forscher daher, die Zellen mit einer widerstandsfähigeren Rüstung gegen die Mechanismen des Alterns auszustatten und ihre angeborenen Fähigkeiten zur Wartung und Reparatur zu potenzieren.